專(zhuān)利名稱：一種減摩蠕墨鑄鐵材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種減摩蠕墨鑄鐵材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
在金屬材料領(lǐng)域中，減摩鑄鐵作為低成本減摩材料一直受到普遍重視。CN201010128379.6號(hào)申請(qǐng)公開(kāi)一種合金蠕墨鑄鐵材料，其特征是以重量百分比計(jì)，其化學(xué)組成為碳3. 1-3. 6%, 2. 1-2. 85%，錳0. 91-1. 25%，鎳1. 05-1. 45%，鉬: 0. 10-0. 25%，鈦0. 10-0. 20%，鎂0. 01-0. 04%，磷< 0. 05%，硫< 0. 07%，余為鐵。CN200810230471.6號(hào)申請(qǐng)涉及一種蠕墨鑄鐵氣缸套及其制備方法。所述蠕墨鑄鐵氣缸套的化學(xué)成分按重量比計(jì)如下碳3. 4 — 3.8%，硫< 0. 05%，硅1.8 — 2.6%，磷彡0. 50%，錳0. 5 — 1. 0%，鉻0. 2 — 0. 5%，銅0. 2 — 0. 5%，余量為佝。采用本發(fā)明所述的化學(xué)組成的蠕墨鑄鐵氣缸套工作表面硬度為260 320HB，抗拉強(qiáng)度σ b為430 520MPa， 符合高強(qiáng)度和高耐磨性要求，且成本相對(duì)較低，完全能滿足當(dāng)代高速、高強(qiáng)化、高性能、低排放、長(zhǎng)壽命大功率內(nèi)燃機(jī)的要求。該鑄鐵存在大量的石墨，材料的韌性和抗拉強(qiáng)度都受到了很大的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述技術(shù)缺陷，提供一種減摩蠕墨鑄鐵材料，該材料具有良好的性能。本發(fā)明的另一目的是提供一種減摩蠕墨鑄鐵材料的制備方法，該制備方法工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種減摩蠕墨鑄鐵材料，該材料以蠕墨鑄鐵為基體，在基體中分布著由鐵絲形成的金屬絲團(tuán)，所用鐵絲直徑為l_2mm，金屬絲團(tuán)的直徑為10-15cm，鐵絲占材料的體積百分比為 5-40% ；
蠕墨鑄鐵基體的化學(xué)成分的重量百分含量C為3. 3% 3. 5%，Si為2. 9% 3. 3%, Mn 為 0. 1-0. 4%, Dy 為 0. 5-0. 8%, Ρ<0· 03%, S <0. 025%,其余為 Fe ；
鐵絲的化學(xué)成分的重量百分含量為C為0. 05-0. 09%，Si為0. 1% 0. 2%, Mn為 0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0.025%,其余為 Fe?；w中還分布有的CuC2、Cr3Si和Cr23C6顆粒。減摩蠕墨鑄鐵材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟
鍍鉻鐵絲和鍍銅鐵絲的準(zhǔn)備取直徑為l_2mm、成分重量百分含量C為0. 05-0. 09%, Si 為0. 1% 0. 2%, Mn為0. 25-0. 35%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余為Fe的鐵絲，控制鐵絲占材料的體積百分比為5-40% ；
按常規(guī)方法在一半鐵絲表面鍍鉻，另一半鐵絲表面鍍銅；分別形成的鍍鉻鐵絲和鍍銅鐵絲；鍍層的厚度均為100-500 μ m;形成的鍍鉻鐵絲和鍍銅鐵絲長(zhǎng)度相當(dāng)；按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法將上述鍍鉻鐵絲和鍍銅鐵絲各取一根絲形成球狀的混合雙絲金屬絲團(tuán)，金屬絲團(tuán)直徑為10-15cm，將若干金屬絲團(tuán)放入鑄型下型型腔中，金屬絲團(tuán)的松緊程度由鐵絲占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團(tuán)正好放滿鑄型；布置完畢后，將鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待鐵水澆注；
蠕墨鑄鐵材料基體的準(zhǔn)備按重量百分含量C為3. 3% 3. 5%，Si為2. 9% 3. 3%, Mn為0. 1-0. 4%, Dy為0. 5-0. 8%, Ρ<0· 03%, S <0. 025%,其余為Fe的蠕墨鑄鐵進(jìn)行配料； 其中部分Si、Dy和狗以后續(xù)方式加入；蠕墨鑄鐵原料在感應(yīng)電爐中熔化成鐵水，澆注溫度為1420-1460°C ；澆注前，在澆包中依次加入鐵水質(zhì)量的0. 6-0. 8%的75硅鐵孕育劑和 0. 4-0. 6%的含Dy稀土蠕化劑，采用沖入法順流沖入火包中；稀土蠕化劑中，按重量百分含量Dy為25%，硅為25%，其余為鐵；蠕墨鑄鐵材料中其余的Dy量，采用含Dy50%的鏑鐵補(bǔ)充； 將上述蠕墨鑄鐵鐵水澆入裝有金屬絲團(tuán)的干砂鑄型，液態(tài)金屬將鍍鉻鐵絲和鍍銅鐵絲包圍，然后冷卻凝固，形成以蠕墨鑄鐵為基的其中分布有金屬絲團(tuán)的材料。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的有益效果如下
1、本發(fā)明材料中的鐵絲自身具有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和較高的韌性。鐵絲和蠕墨鑄鐵的基體都是鐵，因此鐵絲和蠕墨鑄鐵很容易結(jié)合起來(lái)，形成很好的冶金結(jié)合。這樣，鐵絲分布在脆性蠕墨鑄鐵中，對(duì)材料具有很好的增強(qiáng)增韌作用。 2、制備過(guò)程中，當(dāng)鐵水進(jìn)入鑄型型腔與鐵絲接觸，鐵絲表面鍍層中的Cu和Cr熔于鐵水，鐵水中的C、Si和鐵絲表面的Cu和Cr反應(yīng)形成Cr3Si、CuC2和Cr23C6化合物，促進(jìn)鐵水中的C以碳化物的形式析出，分布于基體中，這些反應(yīng)物比滲碳體硬度更高。形成的這種特殊化合物進(jìn)一步提高了材料的減摩性。3、Dy具有反石墨球化作用，對(duì)形成蠕墨有決定作用。另外對(duì)蠕墨鑄鐵的組織具有顯著細(xì)化的作用，對(duì)于蠕墨鑄鐵的增韌有重要的作用。同時(shí)C和Dy也會(huì)形成C和Dy化合物Dy3C，分布于基體中也有助于材料減摩性的提高。4、本發(fā)明的材料不用貴重稀土元素，主要元素由鐵絲帶入，鐵絲材料成本低，制備工藝簡(jiǎn)便，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)的合金材料性能好，而且非常便于工業(yè)化生產(chǎn)。適合用于制造許多減摩件，如機(jī)械制動(dòng)盤(pán)等。本發(fā)明材料的性能見(jiàn)表1。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例一制得的鐵絲增強(qiáng)含鏑減摩蠕墨鑄鐵材料的金相組織。圖1可以看到在蠕墨鑄鐵與鐵絲結(jié)合良好。
具體實(shí)施例方式以下各實(shí)施例僅用作對(duì)本發(fā)明的解釋說(shuō)明，其中的重量百分比均可換成重量g、kg 或其它重量單位。以下鐵絲均為市購(gòu)，鍍層自制。實(shí)施例一
鍍鉻鐵絲和鍍銅鐵絲的準(zhǔn)備
取直徑為1mm、成分重量百分含量C為0. 05%, Si為0. 1%, Mn為0. 25%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為!^e的鐵絲，控制鐵絲占材料的體積百分比為5%。
按常規(guī)方法在一半鐵絲表面鍍鉻，另一半鐵絲表面鍍銅；分別形成的鍍鉻鐵絲和鍍銅鐵絲；鍍層的厚度均為100 μ m ；兩種鍍層鐵絲總體長(zhǎng)度相當(dāng)。按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法將上述鍍鉻鐵絲和鍍銅鐵絲各取一根絲形成球狀的混合雙絲金屬絲團(tuán)(兩根絲同時(shí)成型，形成雙絲金屬絲團(tuán)，成型可按洗碗用的清潔球或稱鋼絲球的方法)，金屬絲團(tuán)直徑為15cm，將若干金屬絲團(tuán)放入鑄型下型型腔中，金屬絲團(tuán)的松緊程度由鐵絲占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團(tuán)正好放滿鑄型；布置完畢后，將鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待鐵水澆注；
蠕墨鑄鐵材料基體的準(zhǔn)備按重量百分含量C為3. 3%，Si為2. 9%, Mn為0. 1%, Dy為 0. 5 %, P<0. 03%, S <0. 025%,其余為!^e的蠕墨鑄鐵進(jìn)行配料；其中部分Si、Dy和!^e以后續(xù)方式加入；蠕墨鑄鐵原料在感應(yīng)電爐中熔化成鐵水，澆注溫度為1435-1440°C;澆注前，在澆包中依次加入鐵水質(zhì)量的0. 6%的75硅鐵孕育劑和0. 4%的含Dy稀土蠕化劑，采用沖入法順流沖入火包中；稀土蠕化劑中，按重量百分含量Dy為25%，硅為25%，其余為鐵；蠕墨鑄鐵材料中其余的Dy量，采用含Dy50%的鏑鐵(其中部分鐵由其帶入)補(bǔ)充；
將上述蠕墨鑄鐵鐵水澆入裝有金屬絲團(tuán)的干砂鑄型，液態(tài)金屬將鍍鉻鐵絲和鍍銅鐵絲包圍，然后冷卻凝固，形成以蠕墨鑄鐵為基的其中分布有金屬絲團(tuán)的材料。實(shí)施例二
蠕墨鑄鐵材料基體成分重量百分含量c為3. 5%，Si為3. 3%, Mn為0. 4%, Dy為0. 8%, P<0. 03%, S <0.025%,其余為 Fe。鐵絲成分的重量百分含量為C為0. 09%, Si為0. 2%, Mn為0. 35%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為狗。鐵絲直徑為2mm。控制鐵絲占材料的體積百分比為40%。按常規(guī)方法取上述一半鐵絲表面鍍鉻，另一半鐵絲表面鍍銅；分別形成的鍍鉻鐵絲和鍍銅鐵絲；鍍銅和鍍鉻層的厚度均為500μπι，兩種鍍層鐵絲總體長(zhǎng)度相當(dāng)。按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法制作帶鍍層的兩種金屬絲混合的雙絲金屬絲團(tuán)，金屬絲團(tuán)直徑為15cm。制備中，在澆包中依次加入占鐵水質(zhì)量的0. 8%的75硅鐵孕育劑和0. 6%的含Dy 稀土蠕化劑，其余制備過(guò)程同實(shí)施例一。實(shí)施例三
蠕墨鑄鐵材料基體成分重量百分含量C為3. 4%，Si為3%，Mn為0. 3%, Dy為0. 7%, P<0. 03%, S <0. 025%,其余為 Fe。鐵絲成分的重量百分含量為C為0. 07%, Si為0. 15%, Mn為0. 3%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為狗。鐵絲表面鍍鉻或銅。鐵絲直徑為1.2mm。鐵絲占材料的體積百分比為 20%。按常規(guī)方法取上述一半鐵絲表面鍍鉻，另一半鐵絲表面鍍銅；分別形成的鍍鉻鐵絲和鍍銅鐵絲；鍍銅和鍍鉻層的厚度為200 μ m，兩種鍍層鐵絲總體長(zhǎng)度相當(dāng)。按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法制作帶鍍層的兩種金屬絲混合的雙絲金屬絲團(tuán)，金屬絲團(tuán)直徑為12cm。制備中，在澆包中依次加入鐵水質(zhì)量的0. 7%的75硅鐵孕育劑和0. 5%的含Dy稀土蠕化劑，其余制備過(guò)程同實(shí)施例一。對(duì)比實(shí)施例四原料配比不在本發(fā)明范圍內(nèi)的實(shí)例
蠕墨鑄鐵材料基體成分重量百分含量C為3%，Si為2. 7%, Mn為0. 05%, Dy為0. 4%, P<0. 03%, S <0.025%,其余為 Fe。
鐵絲成分重量百分含量為C為0. 04%，Si為0. 08 Mn為0. 2 P<0. 02%, S <0. 025%,其余為狗。鐵絲直徑為0.8mm。鐵絲占材料的體積百分比為4%。鐵絲表面不鍍鉻也不鍍銅。按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法制雙絲(二股鐵絲)金屬絲團(tuán)，金屬絲團(tuán)直徑為15cm。制備過(guò)程同實(shí)施例一。對(duì)比實(shí)施例五原料配比不在本發(fā)明范圍內(nèi)的實(shí)例
蠕墨鑄鐵材料基體成分重量百分含量C為3. 7%，Si為4，Mn為0. 5%, Dy為0. 9%, P<0. 03%, S <0.025%,其余為 Fe。鐵絲成分的重量百分含量為C為0. 1%，Si為0. 3%, Mn為0. 4%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為狗。鐵絲直徑為3mm。鐵絲占材料的體積百分比為45%。按常規(guī)方法取上述鐵絲表面全部鍍鉻，形成的鍍鉻鐵絲；鍍鉻層的厚度為 600 μ m0按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法制作雙絲(二股鍍鉻鐵絲)金屬絲團(tuán)，金屬絲團(tuán)直徑為 IOcm0制備過(guò)程同實(shí)施例一。表 1
_.編號(hào)成~) _雖 mm 麵伸長(zhǎng)率/慕 IS /5-200Ε·Λ^^ttf 料 1 對(duì)比材料2CN2WSl 0230471. 6 號(hào)‘ 一材科 CH20101012837$. 6 號(hào) 230-243 零》_得_材料430 520 1651.21-L 250.3S8-0. 369產(chǎn)SlSft例一Wftt材科 4005302O. 325-0. 345口 I1J I OP L·實(shí)施例二制得的《料 4155403C. 320-0, 345產(chǎn)品？夷》 三_ 的材料J S5604O. 3.15-0. 325Pfi 4對(duì)比實(shí)IS H制得的材料 “4200,335-0. 365產(chǎn)S 5對(duì)tt買(mǎi)Ife観的3S0 材料 I49010. 385-0. 395
由上表可見(jiàn)，蠕墨鑄鐵和鐵絲的化學(xué)成分中C、Si、Mn增加，利于材料硬度的提高。但是過(guò)多，增加基體材料的脆性。P和S增加，增加基體材料的脆性。蠕墨鑄鐵中Dy的增加不僅利于硬度的提高，而且也有利于韌性提高。但是，過(guò)多導(dǎo)致Dy和C化合物的增加，降低材料的韌性。鐵絲體積百分比的增加，利于材料韌性的提高。但是過(guò)多，降低了材料的硬度，因此也降低了材料的減摩性。鍍銅和鍍鉻層的厚度增加，利于鐵水的合金化；但是過(guò)多，銅和鉻不易在短時(shí)熔入鐵水，造成元素的浪費(fèi)。
權(quán)利要求
1.一種減摩蠕墨鑄鐵材料，該材料以蠕墨鑄鐵為基體，在基體中分布著由鐵絲形成的金屬絲團(tuán)，所用鐵絲直徑為l-2mm，金屬絲團(tuán)的直徑為10-15cm，鐵絲占材料的體積百分比為 5-40% ；蠕墨鑄鐵基體的化學(xué)成分的重量百分含量C為3. 3% 3. 5%，Si為2. 9% 3. 3%, Mn 為 0. 1-0. 4%, Dy 為 0. 5-0. 8%, Ρ<0· 03%, S <0. 025%,其余為 Fe ；鐵絲的化學(xué)成分的重量百分含量為C為0. 05-0. 09%，Si為0. 1% 0. 2%, Mn為 0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0. 02596，其余為 Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減摩蠕墨鑄鐵材料，其特征在于基體中還分布有的CuC2、 Cr3Si 和 Cr23C6 顆粒。
3.減摩蠕墨鑄鐵材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟鍍鉻鐵絲和鍍銅鐵絲的準(zhǔn)備取直徑為l_2mm、成分重量百分含量C為0. 05-0. 09%, Si 為0. 1% 0. 2%, Mn為0. 25-0. 35%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余為Fe的鐵絲，控制鐵絲占材料的體積百分比為5-40% ；按常規(guī)方法在一半鐵絲表面鍍鉻，另一半鐵絲表面鍍銅；分別形成的鍍鉻鐵絲和鍍銅鐵絲；鍍層的厚度均為100-500 μ m ；形成的鍍鉻鐵絲和鍍銅鐵絲長(zhǎng)度相當(dāng)；按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法將上述鍍鉻鐵絲和鍍銅鐵絲各取一根絲形成球狀的混合雙絲金屬絲團(tuán)，金屬絲團(tuán)直徑為10-15cm，將若干金屬絲團(tuán)放入鑄型下型型腔中，金屬絲團(tuán)的松緊程度由鐵絲占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團(tuán)正好放滿鑄型；布置完畢后，將鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待鐵水澆注；蠕墨鑄鐵材料基體的準(zhǔn)備按重量百分含量C為3. 3% 3. 5%，Si為2. 9% 3. 3%, Mn為0. 1-0. 4%, Dy為0. 5-0. 8%, Ρ<0· 03%, S <0. 025%,其余為Fe的蠕墨鑄鐵進(jìn)行配料； 其中部分Si、Dy和狗以后續(xù)方式加入；蠕墨鑄鐵原料在感應(yīng)電爐中熔化成鐵水，澆注溫度為1420-1460°C ；澆注前，在澆包中依次加入鐵水質(zhì)量的0. 6-0. 8%的75硅鐵孕育劑和 0. 4-0. 6%的含Dy稀土蠕化劑，采用沖入法順流沖入火包中；稀土蠕化劑中，按重量百分含量Dy為25%，硅為25%，其余為鐵；蠕墨鑄鐵材料中其余的Dy量，采用含Dy50%的鏑鐵補(bǔ)充； 將上述蠕墨鑄鐵鐵水澆入裝有金屬絲團(tuán)的干砂鑄型，液態(tài)金屬將鍍鉻鐵絲和鍍銅鐵絲包圍，然后冷卻凝固，形成以蠕墨鑄鐵為基的其中分布有金屬絲團(tuán)的材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種減摩蠕墨鑄鐵材料及其制備方法，該材料具有良好的性能。該制備方法工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。該減摩蠕墨鑄鐵材料以蠕墨鑄鐵為基體，在基體中分布著由鐵絲形成的金屬絲團(tuán)，所用鐵絲直徑為1-2mm，金屬絲團(tuán)的直徑為10-15cm，鐵絲占材料的體積百分比為5-40%。
文檔編號(hào)C22C33/08GK102181810SQ20111000747
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者倪濤, 王玲, 趙浩峰 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)